Прозрачные окна научились вырабатывать электричество от солнца

Новое прозрачное солнечное покрытие превращает окна в генераторы энергии, сочетая эффективность, прозрачность и масштабируемость для устойчивого развития городов. Фото: Shutterstock

Исследовательская группа под руководством Нанкинского университета представила прозрачный, бесцветный и однонаправленный солнечный концентратор, который можно наносить непосредственно на стандартное оконное стекло. Используя многослойные холестерические жидкие кристаллы (ХЖК) с субмикронными латеральными периодичностями, этот дифракционный солнечный концентратор (CUSC) избирательно направляет солнечный свет к краю окна, где установлены фотоэлектрические элементы. Исследование опубликовано в журнале PhotoniX.

В отличие от обычных люминесцентных или рассеивающих концентраторов, которые часто страдают от визуальных искажений, низкой эффективности и плохой масштабируемости, новый CUSC достигает широкополосной поляризационно-селективной дифракции и волноводного распространения без ущерба для прозрачности. Устройство сохраняет высокий средний коэффициент пропускания видимого света (64,2%) и индекс цветопередачи (91,3), позволяя генерировать чистую энергию без изменения внешнего вида окна.

«Спроектировав структуру плёнок из холестерических жидких кристаллов, мы создали систему, которая избирательно дифрагирует циркулярно поляризованный свет, направляя его в стеклянный волновод под крутыми углами», — пояснил соавтор исследования доктор Девей Чжан. «Это позволяет собирать до 38,1% энергии падающего зелёного света на краю окна».

Эксперименты показали, что прототип диаметром 1 дюйм мог напрямую питать вентилятор мощностью 10 мВт под солнечным светом. Моделирование предполагает, что типичное окно CUSC шириной 2 метра может концентрировать солнечный свет в 50 раз, значительно сокращая количество необходимых фотоэлектрических элементов до 75%. Система поддерживает интеграцию с высокопроизводительными фотоэлементами, такими как арсенид галлия, для повышения эффективности преобразования энергии.

Многослойные плёнки ХЖК изготавливаются с помощью методов фотоориентации и полимеризации и масштабируются методом рулонной технологии. Конструкция остаётся стабильной при длительном воздействии и может быть модернизирована на существующих окнах для устойчивой городской модернизации.

«Конструкция CUSC — это шаг вперёд в интеграции солнечных технологий в построенную среду без ущерба для эстетики», — сказал профессор Вэй Ху. «Это представляет собой практичную и масштабируемую стратегию для сокращения выбросов углерода и энергетической самодостаточности».

Будущая работа будет сосредоточена на повышении широкополосной эффективности, управлении поляризацией и адаптации технологии для сельскохозяйственных теплиц и прозрачных солнечных дисплеев. Их видение: превратить пассивное стекло в активные, генерирующие энергию поверхности по всему миру.

Источники: sciencedaily.com
Материалы предоставлены Китайским обществом оптического машиностроения.